Wiązanie koordynacyjne - Polski Serwis Naukowy

Wiązanie koordynacyjne (donorowo-akceptorowe) – rodzaj kowalencyjnego wiązania chemicznego, którego istotą jest uwspólnienie pary elektronowej między dwoma atomami, przy czym oba te elektrony formalnie pochodzą od jednego atomu.

Przykład tworzenia wiązania koordynacyjnego pomiędzy zasadą Lewisa (amoniakiem) a kwasem Lewisa (fluorkiem boru)

Wiązanie koordynacyjne jest zazwyczaj klasyfikowane jako podtyp wiązania kowalencyjnego. Różnica między wiązaniem kowalencyjnym a koordynacyjnym polega głównie na źródle współdzielonych elektronów, jest więc głównie formalna. Zarówno energia wiązań koordynacyjnych, jak i inne jego cechy często nie odbiegają od zwykłych wiązań kowalencyjnych, w których współdzielone elektrony należą od obu atomów. Typowym przykładem tworzenia wiązań koordynacyjnych jest dostarczanie pary elektronowej przez zasadę Lewisa do kwasu Lewisa.

Teoria kwasów i zasad Lewisa - teoria określająca właściwości kwasowe i zasadowe substancji chemicznej na podstawie jej zdolności akceptorowo-donorowych. Kwas Lewisa to związek chemiczny (oznaczany zazwyczaj symbolem "A"), który może przyjąć parę elektronową od zasady Lewisa ("B"), będącej donorem pary elektronowej. W ten sposób powstaje tzw. addukt AB:

Związki kompleksowe (inaczej kompleksy, związki koordynacyjne) – związki chemiczne, w których można wyróżnić jeden lub więcej atomów centralnych, otoczonych przez inne atomy lub ich grupy zwane ligandami, przy czym przynajmniej jedno wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania koordynacyjnego.

Przykład wiązania koordynacyjnego w jonie amonu

W wielu związkach kompleksowych i metaloorganicznych często bardzo trudno jest dokładnie ustalić, które wiązania są koordynacyjne, a które nie, choć na podstawie ogólnego rachunku elektronów całego układu wiązań wiadomo, że niektóre z nich muszą być formalnie koordynacyjne. Nawet w tak prostej strukturze, jak kation amonowy, w którym formalnie występować powinny trzy wiązania zwykłe i jedno koordynacyjne, nie da się wskazać, które z nich jest rzeczywiście koordynacyjne, ponieważ wszystkie cztery są identyczne. W wielu związkach chemicznych wiązania koordynacyjne daje się jednak zidentyfikować i mają one szczególne właściwości, wyraźnie inne od typowych wiązań kowalencyjnych. Przykładem tego rodzaju wiązań są na przykład występujące w kompleksach π.

Związki metaloorganiczne – organiczne związki chemiczne zawierające przynajmniej jedno wiązanie kowalencyjne pomiędzy atomem metalu i atomem węgla grupy organicznej. Do związków metaloorganicznych nie zalicza się związków zawierających wyłącznie ligandy nieorganiczne (np. CO i CN), ani związków, w których nie występuje wyraźne wiązanie metal-węgiel. Np. tetraetyloołów Pb(C2H5)4 i dimetylortęć Hg(CH3)2 są związkami metaloorganicznymi, natomiast nie są nimi np. etanolan sodu C2H5ONa (brak wiązania Na-C), hem (zawiera wiązanie Fe-N, a nie Fe-C) i pentakarbonylek żelaza Fe(CO)5 (brak grupy organicznej). Do pierwiastków tworzących związki metaloorganiczne zalicza się oprócz typowych metali, także półmetale i niemetale o niskiej elektroujemności (np. bor, krzem, arsen itp.).

Węglowodory aromatyczne, areny – cykliczne węglowodory, w których istnieje układ naprzemiennie położonych sprzężonych wiązań podwójnych i pojedynczych między atomami węgla. Cząsteczki związków aromatycznych są płaskie (o ile ich struktura przestrzenna nie wymusza odchyłek, jak np. dla fullerenu C60), a wszystkie atomy pierścienia aromatycznego muszą mieć hybrydyzację sp2.

W wiązaniach koordynacyjnych wyróżnia się atom donora (dostarczyciela) i akceptora (przyjmującego) elektronów. W większości przypadków donorem elektronów jest atom bardziej elektroujemny, a akceptorem bardziej elektrododatni, choć istnieją też nieliczne przypadki, gdy jest na odwrót. Czasem jednak oba związane atomy są jednocześnie donorami i akceptorami – przykłady: wiązanie metal-fosfor, metal-alken, metal-aren, metal-tlenek węgla. W takich przypadkach wiązanie ma podwójny charakter: donorowy (donacja od liganda do metalu) i redonorowy (inaczej: zwrotny, ang. back-bonding, od metalu do liganda).

Akceptor - w chemii to cząsteczka, pojedynczy atom lub jon, który przyjmuje elektron, proton, grupę funkcyjną lub określony jon od innych cząsteczek w trakcie reakcji chemicznej. Cząsteczki dostarczające (przeciwne akceptorowym) nazywane są donorami.

Alkeny – organiczne związki chemiczne z grupy węglowodorów nienasyconych, w których występuje jedno podwójne wiązanie chemiczne między atomami węgla (C=C). Razem ze związkami, które posiadają dwa lub więcej wiązań podwójnych (polienami, takimi jak dieny, trieny itd.) oraz z analogami pierścieniowymi (cykloalkenami i cyklopolienami) tworzą grupę olefin. Mają więcej izomerów oraz są też bardziej aktywne niż alkany. Wraz ze zwiększającą się długością łańcucha węglowego maleje ich reaktywność. Można je otrzymać z ropy naftowej, a w laboratorium w reakcji eliminacji fluorowca z halogenków alkilowych lub przez dehydratację alkoholi. Ich wzór ogólny to CnH2n.

We wzorach strukturalnych wiązania koordynacyjne, dla odróżnienia od zwykłych kowalencyjnych, zaznacza się niekiedy jako strzałki, które są skierowane w stronę akceptora elektronów. Czasem rysuje się je jako zwykłe kreski, zaznaczając ładunki formalne: plus na donorze, minus na akceptorze. W chemii koordynacyjnej wiązania koordynacyjne zaznacza się jak każde inne wiązanie (tj. za pomocą kreski, lub ew. dwóch/trzech kresek, jeśli wiązanie jest wielokrotne).

Para elektronowa, dublet elektronowy – termin określający dwa elektrony, zajmujące ten sam orbital atomowy lub molekularny, lecz mające przeciwne spiny.

Donor (ang. donor - dawca) - w chemii to cząsteczka, pojedynczy atom lub jon, który dostarcza elektron, proton, grupę funkcyjną lub określony jon innym cząsteczkom w trakcie reakcji chemicznej. Cząsteczki przyjmujące (przeciwne donorowym) nazywane są akceptorami.

Przypisy

Ding Fujiang, Patrick W. Fowler and A. C. Legon. Geometric and electric properties of the donor–acceptor complex H3N–BF3. „J. Chem. Soc., Chem. Commun.”, s. 113-114, 1995. doi:10.1039/C39950000113.